JP5153994B2 - 高電位および高リチウム挿入容量の両方を示すリチウム貯蔵電池 - Google Patents
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Description
本発明は、Li+陽イオンを挿入できる活性材料を含んでなる第一電極と、第二電極とおよび電解質とを少なくとも含んでなるリチウム貯蔵電池に関する。
リチウム貯蔵電池は、特に携帯用装置における独立エネルギー供給源として、ニッケル−カドミウム(Ni−Cd)または金属ニッケル水素化物(Ni−MH)の貯蔵電池に置き換わる傾向がある。リチウム貯蔵電池の性能、より詳しくは比エネルギー密度は、実際にNi−CdNi−MH電池のそれよりも高い。
リチウム貯蔵電池は、少なくとも第一および第二の、それぞれ正および負の電極、および電解質を含んでなる。リチウム電池では、少なくとも正電極は、一般的にリチウム挿入材料またはリチウムインターカレーション材料と呼ばれる活性材料を含んでなる。
−Na4P2O715.95gおよび
−無水Ni2P2O717.48g
をプラネタリーミル中、空気中で12時間混合することにより達成される。
次いで、混合物を空気中、600℃で15分間熱処理し、一般式Na2NiP2O7を有する生成物を得る。Na2NiP2O7生成物1gをLiCl1.52gとエタノール80ml中で混合し、70℃で約12時間攪拌する。次いで、生成物をエタノール、水、次いでアセトンで洗浄し、遠心分離する。次いで、生成物を乾燥炉中に入れ、60℃で数時間乾燥させ、一般式Li1.3Na0.7Ni(P2O7)を有する活性材料を得る。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは140mAh/gである。
−Na4P2O75.32g、
−Ni(NO3),6H2O17.442g、および
−(NH4)2HPO45.28g
をプラネタリーミル中、空気中で2時間混合することにより達成される。
次いで、混合物を空気中、700℃で16時間熱処理し、一般式Na4Ni3(P2O7)(PO4)2を有する生成物を得る。Na4Ni3(P2O7)(PO4)2生成物1gをLiCl5.36gとペンタノール中で混合し、140℃で約48時間攪拌する。次いで、生成物をエタノール、水、次いでアセトンで洗浄し、遠心分離する。次いで、生成物を乾燥炉中に入れ、60℃で数時間乾燥させ、一般式Li4Ni3(P2O7)(PO4)2を有する活性材料を得る。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは190mAh/gである。
−Na4P2O77.977g、
−Ni(P2O7)8.741g、
−NaH2HPO47.198g、および
−ショ糖2.283g
をプラネタリーミル中、空気中で12時間混合することにより達成される。
次いで、混合物をアルゴン中、700℃で15分間熱処理し、一般式Na3Ni(P2O7)(PO3)/Cを有する生成物を得る。Na3Ni(P2O7)(PO3)/C生成物1gをLiCl6.69gとペンタノール中で混合し、140℃で約48時間攪拌する。次いで、生成物をエタノール、水、次いでアセトンで洗浄し、遠心分離する。次いで、生成物を乾燥炉中に入れ、60℃で数時間乾燥させ、一般式Li3Ni(P2O7)(PO3)/Cを有する活性材料を得る。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは160mAh/gである。
−NiO7.47g、
−LiOH.H2O3.388g、および
−SiO212.016g
をプラネタリーミル中、空気中で48時間混合することにより達成される。
次いで、混合物を空気中、600℃で15分間熱処理し、一般式Li2Ni(SiO3)2を有する、SiO4型の単鎖四面体を含んでなる生成物を得る。我々は、単鎖四面体を含んでなる生成物がSiO4型四面体の無限鎖を形成し、各四面体が、共有されていない2個の酸素原子、および鎖中の隣接する他の2個の四面体とそれぞれ共通である2個の酸素原子を含んでなると理解している。その場合、各四面体におけるケイ素と酸素の比は1対3である。そのような活性材料の単位質量あたりのキャパシタンスは240mAh/gである。
Claims (11)
- リチウム貯蔵電池であって、
Li+陽イオンを挿入できる活性材料を含んでなる第一電極と、第二電極と、及び電解質とを少なくとも備えてなり、
前記活性材料が、下記の一般式(I)で表されるものを含んでなる、リチウム貯蔵電池。
LiaXbM(PO4)d(P2O7)e(PO3)f (I)[上記式中、
Xは、Li+、Na+及びK+からなる群から選択された、酸化度が+1である、少なくとも一種のアルカリ金属を表し、
Mは、Ni2+、Co2+、Mn2+、Fe2+及びTi2+からなる群から選択された、酸化度が+2である、少なくとも一種の遷移金属を表し、
a>1、
b及びd≧0、並びに
少なくともe又はfは>0である。] - 前記活性材料が、下記一般式で表されるものからなる群から選択されてなる、請求項1に記載のリチウム貯蔵電池。
Li1.3Na0.7M(P2O7)、
Li2M(P2O7)、
Li4M3(P2O7)(PO4)2及び
Li3M(P2O7)(PO3)[上記式中、
Mは、Ni2+、Co2+、Mn2+、Fe2+およびTi2+からなる群から選択された、酸化度が+2である、少なくとも一種の遷移金属を表す。] - 前記活性材料が、電子伝導性添加剤を含んでなるナノ分散物の形態にある、請求項1又は2に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記電子伝導性添加剤が炭素である、請求項3に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記ナノ分散物が有機結合剤をさらに含んでなる、請求項3に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記有機結合剤が、メチルメタクリレート系重合体、アクリロニトリル系重合体、フッ化ビニリデン系重合体、ポリエーテル及びポリエステルからなる群から選択された重合体により形成されてなる、請求項5に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記第二電極が、金属リチウム、リチウム合金、リチウム合金の酸化リチウム中のナノ分散物、リチウム及びチタンを含んでなるスピネル構造の材料、リチウム及び遷移金属窒化物、炭素及びリチウム挿入化合物からなる群から選択された少なくとも一種の材料を含んでなる、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記電解質が、少なくとも前記Li+陽イオンを含んでなる塩により形成されてなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記塩が、LiClO4、LiAsF6、LiPF4、LiRFSO3、LiCH3SO3、LiN(RFSO2)2及びLiN(RFSO2)3からなる群から選択されるものであり、
RFが、フッ素原子及び炭素数が1〜8であるペルフルオロアルキル基からなる群から選択されるものである、請求項8に記載のリチウム貯蔵電池。 - 前記電解質が非プロトン性極性溶剤も含んでなり、前記非プロトン性極性溶剤中に前記塩が溶解されてなる、請求項8又は9に記載のリチウム貯蔵電池。
- 前記貯蔵電池が、前記第一電極と前記第二電極の間に配置され、電解質がしみ込むように設計された分離素子を備えてなる、請求項10に記載のリチウム貯蔵電池。
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